随着新型SoC（System On a Chip）集成技术在航天技术中的应用越来越广泛，传统的星载板级设计转为SoC芯片级设计逐渐成为趋势。基于IP-cores（the integration of complex building blocks ）复用的SoC技术，是卫星研制中降低设计时间和成本行之有效的方法。本文以商用器件SmartFusion2为平台，以CAN总线数据采集系统为例，阐述了CAN总线模块的冗余架构设计和IP核复用技术，此方案不仅满足了星载计算机平台高集成度、低功耗、也提高了星载通讯网络的稳定性和可靠性。
### 星载计算机双冗余CAN总线模块设计与实现
#### 一、背景与意义
随着现代航空航天技术的快速发展，星载计算机作为卫星的核心组件之一，在航天器中发挥着至关重要的作用。为了提高卫星系统的整体性能，降低设计周期与成本，采用SoC(System On a Chip)技术已成为一种趋势。SoC技术能够将多种功能集成在一个芯片上，显著减少体积、重量和功耗，同时提高系统的可靠性和稳定性。
#### 二、SoC技术概述及其在航天领域的应用
SoC技术通过集成不同的硬件功能模块到一个单一的集成电路芯片中，实现了高度集成化的设计。这种技术不仅能够简化硬件设计，还能大幅度提升系统的性能和效率。在航天领域，SoC技术的应用尤其体现在星载计算机的设计上，其核心优势包括：
1. **集成度高**：能够将处理器、存储器、通信接口等多种功能集成在一起，减少了所需元器件的数量。
2. **功耗低**：由于采用了先进的制造工艺和技术优化，SoC能够在保证性能的同时显著降低功耗。
3. **可靠性高**：集成化的硬件设计降低了故障率，增强了整个系统的可靠性。
4. **成本效益**：大规模生产可以降低单个芯片的成本，从而降低了整个卫星系统的研发成本。
#### 三、IP-cores复用技术
IP-cores是指用于构建SoC设计的预定义、可重用的功能模块。它们通常由第三方供应商提供，并且可以在不同的设计中重复使用，以加快产品开发速度并降低成本。在星载计算机设计中，通过IP-cores复用技术可以实现以下几点：
1. **缩短开发周期**：使用现成的IP-cores可以避免从头开始设计每个模块，大大节省了开发时间。
2. **提高设计质量**：成熟的IP-cores经过了严格的测试和验证，可以确保其在复杂环境下的可靠性和稳定性。
3. **降低风险**：采用经过验证的IP-cores可以减少设计过程中的不确定性因素，从而降低项目失败的风险。
#### 四、CAN总线模块的设计与实现
CAN总线是一种广泛应用于汽车、航空航天等多个领域的通信协议，它具有实时性好、抗干扰能力强等特点。在星载计算机中，采用双冗余CAN总线模块不仅可以提高数据传输的可靠性，还可以增强整个系统的容错能力。该模块的设计与实现主要包括以下几个方面：
1. **硬件架构设计**：选择合适的SoC平台，如商用器件SmartFusion2，以及相应的IP-cores来构建CAN总线模块的硬件架构。
2. **软件协议栈开发**：开发符合CAN总线标准的软件协议栈，确保数据的正确收发。
3. **冗余机制实现**：通过硬件和软件层面的设计实现数据的双通道传输，即使其中一个通道出现故障，另一个通道仍然能够正常工作，从而保证了系统的稳定运行。
4. **性能优化**：通过对硬件布局、时序控制等方面的优化，进一步提高系统的整体性能。
#### 五、总结
基于SoC技术和IP-cores复用技术的星载计算机双冗余CAN总线模块设计，不仅极大地提高了星载计算机平台的集成度和性能，还显著提升了星载通信网络的稳定性和可靠性。这对于未来卫星技术的发展具有重要意义，有助于推动航天领域的技术创新和发展。
